虛擬儀器課程設計-基于聲卡的音頻采集分析儀與信號發(fā)生器設計-資料下載頁
2025-08-24 09:56本頁面
【導讀】信號的雙通道模擬輸出。由于專用數(shù)據(jù)采集卡成本比較昂貴、而且和計算機兼容性比較差等。該系統(tǒng)具有雙通道、高保真、22K甚至44KHz的采樣率，實現(xiàn)了音頻。信號的實時采集、實時存儲、回放、信號分析等多種功能。可廣泛應用于工程測量和科學實驗室等環(huán)境。
【正文】 功能，得到的信號最終由波形圖顯示。True分支信號從通道中得到，由“通道選擇”個數(shù)，由模擬通道發(fā)生子 VI 實現(xiàn)信號發(fā)生，最后由波形圖顯示。 圖 12 15 音頻采集 信號分析儀的設計主程序 總體設計 1） 信號 分析儀前面板的總體設計 圖 14 2）信號分析儀框圖程序設計 圖 15 信號的低通濾波設計 1）信號加低通濾波器的分析結果：設置低截止頻率為 100HZ，低通濾波后的信號由波形顯示，下面兩圖分別是濾波前后 的運行結果。 16 圖 16 2）信號加低通濾波的框圖程序： 圖 17 加漢寧窗函數(shù)的波形設計 對進行濾波后的信號加漢寧窗，可在一定程度抑制頻譜泄露，加窗的波形由前面板波形 17 顯示控件顯示。 1）前面板設計 圖 18 2）框圖程序的設計 圖 19 頻譜（ 幅度、相位）分析 的設計 1）前面板設計：頻域分析是通過傅里葉變換將時域信號變換到頻域，其主要是了解信號的頻譜成分以及各種成分的強度。本設計主要實現(xiàn)了對采集信號的幅度譜、相位譜和功率譜分析等功能。其中，對信號加窗時，使用矩形窗將信號突然截斷，在頻域上造成很寬的、原信號中不存在的附加頻率成分，即有限化帶來的泄露問題。為了防止采集信號發(fā)生泄露，對所采集信號進行加窗處理，系統(tǒng)選擇了漢寧窗。虛擬分析儀的界面如圖所示，該圖顯示為實際采集音頻信號的 FFT 變換頻譜。 18 圖 20 圖 21 2）框圖程序設計：選擇漢寧窗，通過帶有三個分支的 Case結構加以快速傅里葉變換，本設計主要實現(xiàn)了對采集信號的幅度譜、相位譜和功率譜分析等功能。 圖 22 19 信號的幅值和電平測量、信號的曲線擬合 、失真分析設計 由失真測量函數(shù)實現(xiàn)對信號諧波失真、信納比、指定諧波等參數(shù)的測量，并通過前面板數(shù)值顯示控件顯示；由幅值和測量函數(shù)實現(xiàn)對信號的正峰、反峰、均值、均方根、平均周期等參數(shù)的測量，并通過前面板數(shù)值顯示控件顯示；有統(tǒng)計分析函數(shù)實現(xiàn)對信號的時域波形統(tǒng)計特性參數(shù)中值、總采樣數(shù)、算數(shù)平均、偏斜度、峰度、時間步長、初值、終值的測量，并通過前面板顯示控件顯示。 圖 23 前面板設計 圖 24 框圖程序設計 聲卡信號采集主程序 前面板設計：聲音信號來源為模擬通道或數(shù)據(jù)文件由插值開關控制、采樣模式（連續(xù)采樣、離散采樣）、通道選擇、采樣率、頻率、音量、聲卡設置、通道參數(shù)等都是輸入控件，聲音輸出波形由波形圖控件顯示。選擇模擬通道，程序運行后，可以聽到較為清晰的鳴聲，通過 Volume 可調節(jié)音量，若疊加了高斯白噪 20 聲，聽到茲茲的噪音。 圖 25 未疊加高斯白噪聲 圖 26 加入高斯白噪聲 框圖程序設計：由數(shù)據(jù)文本子 vi、 線性插值子 vi、模擬通道發(fā)生子 vi 構成case 結 構選擇信號的來源。 Case 結構中嵌套 while 循環(huán)實現(xiàn)對聲音的輸出，有錯誤發(fā)生或人為停止則程序終止。 21 圖 27 聲音的產(chǎn)生 Generate 1）前面板設計： 聲音的設備 、聲音信號的波形類型、采樣率、頻率、聲卡設置、音量設置都是輸入控件，聲音波形的由波形圖顯示。程序運行后還可以聽到聲音，聲音的音量大小由 Volume 調節(jié)。 圖 28 輸出為正弦波形 22 圖 29 輸出為矩形波形 2）程序框圖的實現(xiàn)： 信號輸入為連續(xù)采樣信號。 有錯誤發(fā)生或用戶按停止按鈕則程序停止運行。 聲音的波形 類型、頻率、幅值在 while， case 循環(huán)中實現(xiàn)，輔助函數(shù)為 sine 、 squre 、 sawtooth 、triangle wave 。 為音量輸出裝置設置特殊值。 圖 3 23 五、 總結 本次課程設計我獲益良多，利用計算機聲卡代替昂貴的數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，以圖形化編程語言的虛擬儀器軟件 LabVIEW 為開發(fā)工具，充分利用計算機強大的信息處理能力和LabVIEW 模塊化編程技術，實現(xiàn)了常見音頻信號的實時采集、顯示、存儲，回放以及分析等 功能。其有效的利用了計算機資源，節(jié)約了數(shù)據(jù)采集成本，易于構建和升級，并且界面友好，操作簡單，成本較低，易于實現(xiàn)，不僅可以應用于科研試驗，而且可以應用于檢測車輛等方面，具有比較廣闊的應用前景。首先進一步加深了對 LABVIEW 以及聲卡相關專業(yè)知識的理解以及對本專業(yè)的深刻 理解，并初步掌握利用 LABVIEW 的控件對電腦聲卡參數(shù)進行調整。尤其在信號采集進行時頻分析過程中，對于運作的順序不一樣就很有可能導致錯誤，所以在運用 LABVIEW 控件過程中，一定要對每一個控件的功能搞明白，在對錯誤分析時要學會利用調試等功能，分 析產(chǎn)生錯誤的結果時要注意運行不同的順序可能會出錯，此時要連上 ERRO。其次，在控件的選擇上，要結合被控對象先進行理論分析，這樣在調節(jié)的時候才不會盲目，更具針對性，能節(jié)省不少時間。感謝老師給我這次課程設計的機會。 六、 主要參考資料 1． 《 編程與虛擬儀器設計 》 侯國屏等編著 清華大學出版社（第 20章基于聲卡的數(shù)據(jù)采集） 2． 《 計算機虛擬儀器圖形編程 LabVIEW 實驗教材 》 ，北京：中科泛華測控技術 3． 《 LabVIEW 基礎教程 》 汪敏生 電子工業(yè)出版社 4.《基于 LabVIEW 的虛擬儀器設計》劉 君華 電子工業(yè)出版社 5． 《 軟件自帶的豐富相關范例以及部分網(wǎng)絡資料和電子教程 》 6． 《 虛擬儀器設計基礎教程 》
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